(57)【要約】【課題】  低電圧化と高速駆動が可能で、耐久性のある反射型光変調アレイ素子及び露光装置を得る。【解決手段】  基板５１と、この基板５１上に空隙を介して梁体５５が架設され梁体５５の捩れによって回転変位が可能な光反射体５７を有し少なくとも一部分に導電部を備えた可動部材６１と、基板５１側に配設され空隙を介して可動部材６１に対向する下部電極６３と、可動部材６１を挟んで下部電極６３の反対側に架設され空隙を介して可動部材６１に対向する上部電極６７とを具備し、上部電極６７、下部電極６３、導電部への電圧印加によって、光反射体５７を揺動変位させて、光の反射方向を偏向可能に構成した。【選択図】  図１
2005121906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に空隙を介して梁体が架設され該梁体の捩れによって回転変位が可能な光反射体を有し少なくとも一部分に導電部を備えた可動部材と、
前記基板側に配設され前記空隙を介して該可動部材に対向する下部電極と、
前記可動部材を挟んで該下部電極の反対側に架設され空隙を介して前記可動部材に対向する上部電極とを具備し、
前記上部電極、前記下部電極、前記導電部への電圧印加によって前記光反射体を揺動変位させて、光の反射方向を偏向させることを特徴とする反射型光変調アレイ素子。
【請求項２】
請求項１記載の反射型光変調アレイ素子であって、
前記下部電極及び前記上部電極のそれぞれが、前記梁体を中心として両脇側に配設されたことを特徴とする反射型光変調アレイ素子。
【請求項３】
請求項１記載の反射型光変調アレイ素子であって、
前記下部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配設された第１下部電極と第２下部電極とからなり、
前記上部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配設された第１上部電極と第２上部電極とからなり、
前記第１下部電極と前記第２上部電極、及び前記第２下部電極と前記第１上部電極がそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする反射型光変調アレイ素子。
【請求項４】
請求項３記載の反射型光変調アレイ素子であって、
複数の前記反射型光変調素子が、１次元状又は２次元状に配列され、
前記第１下部電極と前記第２上部電極とが第１駆動電極となり、
前記第２下部電極と前記第１上部電極とが第２駆動電極となり、
前記可動部材の導電部が可動体電極となり、
複数の前記反射型光変調素子の該可動体電極が共通に接続され、
且つそれぞれの前記反射型光変調素子の前記第１駆動電極と前記第２駆動電極に印加される電圧によってそれぞれの前記反射型光変調素子が独立に駆動されることを特徴とする反射型光変調アレイ素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の反射型光変調アレイ素子であって、
前記基板に間隔を有して上板が対面配置され、
前記梁体の支持部となる延在方向端部が、前記基板との間に介在する下スペーサと、前記上板との間に介在する上スペーサとによって挟持されたことを特徴とする反射型光変調アレイ素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の反射型光変調アレイ素子であって、
複数のマイクロレンズの形成されたマイクロレンズアレイを備え、
前記マイクロレンズが、１次元状又は２次元状に配列された前記反射型光変調素子のそれぞれの前記光反射体に対向配置されたことを特徴とする反射型光変調アレイ素子。
【請求項７】
請求項６記載の反射型光変調アレイ素子を備え、光源からの光が照明光学系と前記マイクロレンズアレイとを介して前記反射型光変調アレイ素子に入射され、該反射型光変調アレイ素子によって反射された反射光が、再び前記マイクロレンズアレイを介して投影光学系へ入射されるとともに、前記投影光学系を透過して露光対象物へ照射されることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型光変調アレイ素子及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器（ＳＬＭ）は、空間パターンの入射光を変調し、電気的又は光学的入力に対応する光画像を形成する装置である。このＳＬＭの一つに、マイクロメカニクス技術に基づきマイクロミラーを作製し、このマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）がある。ＤＭＤは、モノリシック単一チップ集積回路ＳＬＭであり、例えば１６ミクロン四方程度の可動マイクロミラーの高密度アレイからなる。これらのミラーは、アドレス回路上に形成され、ＤＭＤアレイの１画素を形成し、２つの位置のうち一方の位置で、入射光を投射レンズに反射し、他方の位置で入射光を光アブソーバーに偏向する。投射レンズは、表示スクリーン上へ変調光をフォーカスして画像を形成する。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開平８−３３４７０９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４３９７号公報
【非特許文献１】Dual-Mode micromirrors for Optical Phased Array Applications  TRANSDUCERS 01 EUROSENSORS XV  (The 11th International Conference on Solid-Sensors and  Actuators(2001))
【０００４】
上記特許文献１に開示される空間光変調器１は、図２５（ａ）に示すように、支持ポスト３によって、全体として５で示すヨークの上に支持され、上に持ち上げられる四角形ミラー７を有する。支持ポスト３は、ミラー７の中央から下方へ伸び、図示するように、そのねじれ軸に沿ってヨーク５の中央に取付けられ、ヨーク５上のミラー７の質量の中心のバランスをとる。ヨーク５及びミラー７が非偏向（フラット）状態では、ヨーク７は全体的に高架アドレス電極９及び１１と同平面となり、アドレス電極１３及び１５、及びリセット／バイアス１７を含む金属層上に約１μｍの距離にある。ミラー７は一対の高架アドレス電極９及び１１上に、基板１９からヨーク５を離している距離の約２倍である、約２μｍ上に持ち上げられている。
【０００５】
この空間光変調器１では、ミラー７と高架アドレス電極１１との間、及びヨーク５と下部アドレス電極１５との間に電圧を印加すると、それぞれの電極間に働く静電気力により、図２５（ｂ）に示すように、ヨーク５及びミラー７が時計方向に回転され、ヨーク５の一方の着地片２１が下部アドレス電極１５上に着地する。そして、印加する電極により、左右両方への自在な回転を可能にしている。
【０００６】
また、上記特許文献２に開示される光偏向装置２５は、図２６（ａ）に示すように、入射する光ビームを偏向する偏向面を有する偏向板２７と、一端を偏向板２７に接続され他端を支持基板２９、３１に接続されている少なくとも１つの可撓性平板３３と、偏向板２７を変位させるための固定電極３５、駆動電極３７とを有する。固定電極３５、駆動電極３７は、可撓性平板３３上に設けられた可動部分（駆動電極３７）と、支持基板２９、３１側に形成された固定電極３５からなり、これら駆動電極３７と、固定電極３５との間に働く引力により可撓性平板３３を駆動して偏向板２７を変位させる。
【０００７】
この光偏向装置２５では、固定電極３５、及び可撓性平板３３上に設けた駆動電極３７間に電圧を印加すると、両電極３５、３７間に静電引力が発生する。この静電力により、可撓性平板３３が電極形成用基板３９に対して上方向或は下方向に引き寄せられ、結果として図２６（ｂ）に示すように偏向板２７が傾斜変位する。可撓性平板３３を図２６（ａ）の状態に戻すには、駆動電極３７と上側の固定電極３５の間又は駆動電極３７と下側の固定電極３５の間に適当な電圧を印加して、可撓性平板３３を中心の位置に戻し、その後電圧を切る。
【０００８】
さらに、上記非特許文献１に開示される光偏向装置４１は、図２７に示すように、揺動軸４３の中央部にミラー４５が支持され、揺動軸４３の両端には直交する支持軸４７、４７が固着されている。この支持軸４７、４７のそれぞれの端部には駆動手段である所謂コムドライブ４９が設けられている。コムドライブ４９は、櫛歯状の上部電極板４９ａと下部電極４９ｂとを相互に差し入れて配向させ、この対向電極間に作用する静電気力によって支持軸４７、４７の両端を上下に移動させる。その結果として、揺動軸４３を回転させてミラー４３の左右両方への自在な回転を可能にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に開示される空間光変調器は、微小面積の１画素のミラーにて高い開口率を得る為、捩れヒンジ上に駆動を担うヨーク部とヨーク部に対し面積を拡大したミラー部とを有する２段構造としている為、可動部全体の質量が大きくなり、その結果、慣性モーメントが増大して、高速可動に制限があった。そして、高架アドレス電極とヨークとが同一平面に配置されるため、各電極の面積が小さくなり、画素ミラーと高架アドレス電極とに働く静電気力、及びヨークと下部アドレス電極とに働く静電気力が共に小さくなり、低電圧化と高速駆動に制限があった。
また、上記特許文献２に開示される光偏向装置は、偏向板を変位させるに際し、支持部材（可撓性平板）が上方向或は下方向に引き寄せられ、可撓性平板と偏向板との連結部がくの字状に屈曲するため、歪みが大きくなり、耐久性を低下させた。
更に、上記非特許文献１に開示される光偏向装置は、コムドライブの構造が複雑であり、これに加えて４個のコムドライブが必要となるため、ドライブ構造の占有面積も大きくなり、小型化、高解像度化が困難となって、光利用効率も悪い問題があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第１の目的は低電圧化と高速駆動が可能で、耐久性のある反射型光変調アレイ素子及び露光装置を得ることにある。また、その第２の目的は小型化、高解像度化が実現でき、光利用効率の高い反射型光変調アレイ素子及び露光装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の反射型光変調アレイ素子は、基板と、該基板上に空隙を介して梁体が架設され該梁体の捩れによって回転変位が可能な光反射体を有し少なくとも一部分に導電部を備えた可動部材と、前記基板側に配設され前記空隙を介して該可動部材に対向する下部電極と、前記可動部材を挟んで該下部電極の反対側に架設され空隙を介して前記可動部材に対向する上部電極とを具備し、前記上部電極、前記下部電極、前記導電部への電圧印加によって前記光反射体を揺動変位させて、光の反射方向を偏向させることを特徴とする。
【００１１】
この反射型光変調アレイ素子では、可動部材が、光反射体と導電部とを備えた捩れ可能な梁体からなることで、可動部全体の質量が小さくなり、慣性モーメントを小さくして、高速可動が可能となる。そして、基板側に下部電極が配設され、可動部材を挟んで下部電極の反対側に上部電極が架設されることで、梁体のバネ力によらず、上下からの静電気力によって能動的に（アクティブに）可動部材が揺動される。このことから、バネ力を利用して可動部材を復帰作動させる構造の場合に必要となる梁体のバネ力が不要となり、バネ力を強くした場合に発生する駆動抵抗が低減され、高速且つ低電圧での駆動が可能となる。また、高架アドレス電極とヨークとが同一平面に配置される従来の空間光変調器に対し、導電部を有する可動部材と、下部電極及び上部電極とが異平面で配置されるので、対面電極の双方の面積が広く確保可能となり、大きな静電気力が可動部材に加えられるようになり、これによっても、高速且つ低電圧での駆動が可能となる。更に、支持部材と偏向部材との連結部を屈曲させる従来の光偏向装置に対し、梁体の歪みが小さくて済むので、耐久性が向上する。また、所謂コムドライブ構造を有する従来の素子に対し、構造が簡素となるので、小型化、高解像度化が容易となり、ドライブ構造の占有面積も小さくなるので（即ち、ドライブ構造形成部位による光の遮蔽がなくなるので）、光利用効率も向上する。
【００１２】
請求項２記載の反射型光変調アレイ素子は、請求項１記載の反射型光変調アレイ素子であって、前記下部電極及び前記上部電極のそれぞれが、前記梁体を中心として両脇側に配設されたことを特徴とする。
【００１３】
この反射型光変調アレイ素子では、梁体の下側に、梁体を中心として二つの下部電極、及び梁体の上側に、梁体を中心として二つの上部電極の、合計四つの電極が配設される。つまり、上下左右の四方に配置された対角電極を結ぶ一対の対角線の交点に梁体の捩れ中心が配置される。従って、一軸を中心に揺動される可動部材の捩れ中心軸周りに、静電気力を有効に付与する電極が省スペースで配設可能となる。
【００１４】
請求項３記載の反射型光変調アレイ素子は、請求項１記載の反射型光変調アレイ素子であって、前記下部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配設された第１下部電極と第２下部電極とからなり、前記上部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配設された第１上部電極と第２上部電極とからなり、前記第１下部電極と前記第２上部電極、及び前記第２下部電極と前記第１上部電極がそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
この反射型光変調アレイ素子では、可動部材の捩れ中心軸周りに配設された四方の第１下部電極、第２下部電極、第１上部電極及び第２上部電極のうち、対角線上の第１下部電極と第２上部電極、及び第２下部電極と第１上部電極がそれぞれ電気的に接続され、これら対角電極と可動部材とに電圧が印加されることで、捩れ中心を挟む可動部材の左右両端に上下逆方向の回転モーメントが付与可能となり、大きな回転駆動力が得られるようになる。また、一動作が３電極で制御可能となる。
【００１６】
請求項４記載の反射型光変調アレイ素子は、請求項３記載の反射型光変調アレイ素子であって、複数の前記反射型光変調素子が、１次元状又は２次元状に配列され、前記第１下部電極と前記第２上部電極とが第１駆動電極となり、前記第２下部電極と前記第１上部電極とが第２駆動電極となり、前記可動部材の導電部が可動体電極となり、複数の前記反射型光変調素子の該可動体電極が共通に接続され、且つそれぞれの前記反射型光変調素子の前記第１駆動電極と前記第２駆動電極に印加される電圧によってそれぞれの前記反射型光変調素子が独立に駆動されることを特徴とする。
【００１７】
この反射型光変調アレイ素子では、それぞれの反射型光変調素子の三つの第１駆動電極、第２駆動電極及び可動体電極のうち、可動体電極が共通配線となり、他の二つの第１駆動電極及び第２駆動電極でそれぞれの反射型光変調素子が独立に駆動制御される。従って、ｎ個の反射型光変調素子を有する反射型光変調アレイ素子では、本来の３×ｎ本の配線数に対して、２×ｎ＋１本の少ない配線数で配線パターンが形成可能となる。
【００１８】
請求項５記載の反射型光変調アレイ素子は、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の反射型光変調アレイ素子であって、前記基板に間隔を有して上板が対面配置され、前記梁体の支持部となる延在方向端部が、前記基板との間に介在する下スペーサと、前記上板との間に介在する上スペーサとによって挟持されたことを特徴とする。
【００１９】
この反射型光変調アレイ素子では、可動部材を揺動自在に支持することとなる梁体の延在方向（捩れ中心７７軸に沿う方向）両端部が、下スペーサと上スペーサとに挟まれ、更にこの下スペーサと上スペーサとが基板と上板とによって挟持された構造となり、可動部材の支持部となる梁体両端の剛性及び堅牢性が高められる。
【００２０】
請求項６記載の反射型光変調アレイ素子は、請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の反射型光変調アレイ素子であって、複数のマイクロレンズの形成されたマイクロレンズアレイを備え、前記マイクロレンズが、１次元状又は２次元状に配列された前記反射型光変調素子のそれぞれの前記光反射体に対向配置されたことを特徴とする。
【００２１】
この反射型光変調アレイ素子では、マイクロレンズにて集光された光が可動部材の光反射体に入射される。マイクロレンズを有しない素子では、光反射体の光入射側に上部電極が配置されると、反射型光変調素子への光の入射開口面積が小さくなり、入射光が上部電極によって遮られ（若しくは強度が低下され）、光の利用効率が低下する。これに対し、本構成のようにマイクロレンズにて集光された光が可動部材の光反射体に入射されれば、小さな開口面積であっても上部電極によって入射光が遮られることなく光反射体への入射が可能となる。これにより、光の利用効率が高まり、小さな開口面積においても、高効率で明るい偏向光が得られるようになる。
【００２２】
請求項７記載の露光装置は、請求項６記載の反射型光変調アレイ素子を備え、光源からの光が照明光学系と前記マイクロレンズアレイとを介して前記反射型光変調アレイ素子に入射され、該反射型光変調アレイ素子によって反射された反射光が、再び前記マイクロレンズアレイを介して投影光学系へ入射されるとともに、前記投影光学系を透過して露光対象物へ照射されることを特徴とする。
【００２３】
この露光装置では、高速且つ低電圧での駆動が可能で高速に書き込むことができる。また、マイクロレンズアレイにより光変調素子の照射領域を絞っている為、光の利用効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る反射型光変調アレイ素子によれば、各素子における可動部材が、光反射体と導電部とを備えた捩れ可能な梁体からなるので、可動部全体の質量を小さくでき、慣性モーメントを小さくして、高速可動を可能にすることができる。そして、基板側に下部電極を配設し、可動部材を挟んで下部電極の反対側に上部電極を架設したので、梁体のバネ力によらず、上下からの静電気力によってアクティブに可動部材を揺動させることができる。このことから、梁体のバネ力を強くする必要がなく、バネ力を強くした場合の駆動抵抗を低減させて、高速且つ低電圧での駆動を可能にすることができる。また、高架アドレス電極とヨークとが同一平面に配置される従来の空間光変調器に対し、導電部を有する可動部材と下部電極及び上部電極とを異平面で配置できるので、対面電極の双方の面積が広く確保可能となり、大きな静電気力を可動部材に作用させて、これによっても高速且つ低電圧での駆動を可能にすることができる。更に、支持部材と偏向部材との連結部を屈曲させる従来の光偏向装置に対し、梁体の歪みを小さくして、耐久性を向上させることができる。また、所謂コムドライブ構造を有する従来の素子に対し、構造を簡素にできるので、小型化、高解像度化が容易となり、ドライブ構造の占有面積も小さくできるので、光利用効率を向上させることができる。
【００２５】
また、同一構造の反射型光変調素子が、同一の基板上に１次元状又は２次元状に配列されて、一つの反射型光変調デバイスとして機能するようになる。例えば表示デバイスや露光デバイスとしてのアレイ化であれば、半導体工程により多数の素子が、同質に且つ高精度に配置されて、画素に対応するそれぞれの反射型光変調素子からの出力光が強度的、位相的、位置的に揃い易くなり、高解像度、高い走査精度を得ることができる。
【００２６】
本発明に係る露光装置によれば、本発明に係る反射型光変調アレイ素子を用いている為、高速且つ低電圧での駆動が可能で高速に書き込むことができる。また、マイクロレンズアレイにより光変調素子の照射領域を絞っている為、光の利用効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る反射型光変調アレイ素子及び露光装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る反射型光変調アレイ素子を構成する反射型光変調素子の第１の実施の形態の平面図、図２は図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に表した断面図、図３は図１に示した基板の断面図、図４は図１に示した反射型光変調素子の電極配線図である。
【００２８】
本実施の形態による反射型光変調アレイ素子を構成する反射型光変調素子１００は、図１、図２に示すように、基本的な構成要素として、基板５１と、この基板５１上に空隙５３を介して梁体（以下、「ヒンジ」とも称す。）５５が架設されヒンジ５５の捩れによって回転変位が可能な光反射体（以下、「ミラー部」とも称す。）５７を有し、少なくとも一部分に導電部５９を備えた可動部材６１と、基板５１側に配設され上記の空隙５３を介して可動部材６１に対向する下部電極６３と、可動部材６１を挟んで下部電極６３の反対側に架設され空隙６５を介して可動部材６１に対向する上部電極６７とを有してなる。
【００２９】
基板５１は、Ｓｉ基板、ガラス基板等のいずれの素材を用いてもよい。具体例としては、図３に示す本実施の形態のように、Ｓｉ基板６９上に素子を駆動するための回路（通常はＣＭＯＳ回路７１及びその配線回路７３）が形成され、その上面が絶縁層７５によって平坦化された基板であることが好ましい。なお、平坦化された絶縁層７５の上面には上記の可動部材６１、下部電極６３、上部電極６７が設けられるが、これらは絶縁層７５に設けられた図示しないコンタクトホールを介して電気的に接続されることになる。
【００３０】
下部電極６３は、ヒンジ５５を中心として両脇側に配設された第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂとからなる。また、上部電極６７は、ヒンジ５５を中心として両脇側に配設された第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂとからなる。つまり、下部電極６３及び上部電極６７のそれぞれは、ヒンジ５５を中心として両脇側に配設された構造となっている。
【００３１】
即ち、ヒンジ５５の下側に、ヒンジ５５を中心として二つの下部電極（第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂ）、及びヒンジ５５の上側に、ヒンジ５５を中心として二つの上部電極（第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂ）の、合計四つの電極が配設される。つまり、上下左右の四方に配置された対角電極（第１下部電極６３ａと第２上部電極６７ｂ、及び第２下部電極６３ｂと第１上部電極６７ａ）を結ぶ一対の対角線の交点に、ヒンジ５５の捩れ中心７７が位置する。従って、一軸を中心に揺動される可動部材６１の捩れ中心７７軸周りに、静電気力を有効に付与する電極（第１下部電極６３ａ、第２下部電極６３ｂ、第１上部電極６７ａ、第２上部電極６７ｂ）が省スペースで配設可能となっている。
【００３２】
第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂは、基板５１上に固定されて形成される。第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂは、金属、半導体など導電性を有するものであればよい。また、この上に絶縁層があってもよい。
【００３３】
ヒンジ５５は、第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂの上方に、空隙５３を介して基板５１と略平行に形成されている。ヒンジ５５の両端は、ヒンジ５５の支持部７９によって固定される。支持部７９は、帯板形状に形成したヒンジ５５の端部を、略四角錐状に凹ませた形状とすることができる。従って、支持部７９の断面形状は、下部に平坦部を有する逆三角形状となる。ヒンジ５５は、この平坦部が絶縁層７５に穿設した図示しないコンタクトホールを介して配線回路７３に接続される。第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂの位置は、ヒンジ５５の捩れ中心７７に対して略対称に配置される。ヒンジ５５は、導電性を有するものであればよい。例えば、金属、半導体が好適である。また、絶縁体と導電体の複合体であってもよい。
【００３４】
ヒンジ５５は、その両端が固定され、ヒンジ５５自身が捩れることによりヒンジの軸を中心に回転変位可能である。その弾性力はヒンジ５５の形状（膜厚、幅、長さ）と、材料物性（ヤング率、ポアソン比など）などで任意に決定される。なお、可動部材６１は上下に配設した電極による静電気力で、右回転及び左回転にアクティブ駆動が可能なため、ヒンジ５５の弾性力は小さく設定できる。また、ヒンジ５５の支持部７９の構造は、基板５１と固定されていればよく、本実施の形態以外の如何なる構造であってもよい。
【００３５】
可動部材６１の中央部には、ヒンジ５５と一体にミラー部５７が形成され、ミラー部５７はヒンジ５５の捩れ中心７７を中心に回転変位（揺動）可能となっている。ヒンジ５５の中央部は、両端部に対し拡幅され、水平左右方向（図１の左右方向）に延出された翼形状となり、更に左右の翼前後部がヒンジ５５に沿って延在した平面視略Ｈ形状となっている。ミラー部５７は、このヒンジ中央部と略同形状のＨ形状となっている。ミラー部５７、又はミラー部５７とヒンジ５５は、金属、半導体などからなり、導電性を有し、基板５１と反対側の表面（光入射面）が反射性を有している。
【００３６】
ミラー部５７は、導電体と絶縁体の複合体でもよい。例えば、ミラー部５７をヒンジ５５と一体又は別体で、金属、半導体など導電体により形成し、その上に多層膜ミラーを積層して形成してもよい。多層膜ミラーとしては、例えば誘電体の多層膜、又は誘電体／金属の多層膜である干渉ミラーを用いることができ、これにより入射光による反射面の吸収を極力低減し、反射率を極めて高くする効果や、特定の波長の光を反射させる効果が得られるようになる。また、ミラー部５７は導電体と絶縁体の複合であって、反射性を有する部材がミラー部５７の一部に形成されてもよい。また、ミラー部５７はヒンジ５５と同じ材料であってもよい。本実施の形態では、上記の何れかの構成によって、ミラー部５７の一部に導電部５９が形成されている。
【００３７】
ミラー部５７、又はミラー部５７とヒンジ５５は導電性を有し、ヒンジ５５の支持部７９を介して基板５１上で電気的に接続可能となっている。以上のように、ミラー部５７とヒンジ５５は、ミラー部５７がヒンジ構造により、ヒンジ軸（捩れ中心７７）を中心に回転変位可能で、ミラー部５７、又はミラー部５７とヒンジ５５が導電性を有し、且つ支持部７９を介して基板５１上に電気的に接続可能であれば、如何なる構造、材料であってもよい。
【００３８】
第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂは、ミラー部５７とヒンジ５５の上方に、空隙６５を介して基板５１と略平行に形成される。両電極ともに、金属、半導体など導電性を有するのもであればよい。また、両電極とも両端部に、上記の支持部７９と略同形状の支持部８３が形成され、この支持部８３を介して基板５１に支持される。従って、この第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂの場合も、ヒンジ５５と同様に、この支持部８３が、基板５１に穿設された図示しないコンタクトホールを介して配線回路７３に電気的に接続される。
【００３９】
第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂの位置は、ヒンジ５５の捩れ中心７７に対して対称に配置される。なお、第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂは、他の固定物（例えば別の基板）に形成することで、空隙６５を設けてミラー部５７に対向配置させるものであってもよい。両電極とも、ヒンジ５５及びミラー部５７と比較して、相対的な変位量は無いか、僅かになるように構造的な剛性が確保されて支持される。
【００４０】
図４に示すように、反射型光変調素子１００は、第１下部電極６３ａと第２上部電極６７ｂとが電気的に接続されて第１駆動電極８５となり、第２下部電極６３ｂと第１上部電極６７ａとが電気的に接続されて第２駆動電極８７となり、可動部材６１の導電部５９が可動体電極８９となっている。
【００４１】
可動部材６１の捩れ中心７７軸周りに配設された四方の第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂ、第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂのうち、対角線上の第１下部電極６３ａと第２上部電極６７ｂ、及び第２下部電極６３ｂと第１上部電極６７ａがそれぞれ電気的に接続され、これら対角電極と、可動部材６１の導電部５９とに電圧が印加されることで、捩れ中心７７を挟む可動部材６１の左右方向（図１の左右方向）両端に上下（図２（ａ）の上下）逆方向の回転モーメントが付与可能となり、大きな回転駆動力が得られるようになる。また、一動作が３電極で制御可能となっている。
【００４２】
次に、上記のように構成された反射型光変調素子１００の動作を説明する。
図５は図１に示した反射型光変調素子の左側傾斜状況を表した動作説明図、図６は図１に示した反射型光変調素子の右側傾斜状況を表した動作説明図である。
反射型光変調素子１００は、基本動作として、下部電極６３、上部電極６７、導電部５９への電圧印加によって、ミラー部５７を揺動変位させて、光の反射方向を偏向させる。
【００４３】
即ち、ミラー部・ヒンジ複合体の導電体（導電部５９）に対し、第１下部電極６３ａ、第２下部電極６３ｂ、第１上部電極６７ａ、第２上部電極６７ｂに電位差を与えると、それぞれの電極と、ミラー部・ヒンジ複合体の導電体との間に静電気力が発生し、ヒンジ５５の捩れ中心７７（図２（ｂ）参照）軸を中心に回転トルクが働く。従って、それぞれの電極の電位を制御することにより、ミラー部５７を回転変位させることが可能となる。変位する位置は、ミラー部５７の状態と、その時にそれぞれの電極により発生する静電気力と、ヒンジ５５の弾性力とによって決まる。
【００４４】
例えば、図４に示すように、第１下部電極６３ａと第２上部電極６７ｂを基板５１上で接続した第１駆動電極８５に電位Ｖ１を印加する。また、第２下部電極６３ｂと第１上部電極６７ａを基板５１上で接続した第２駆動電極８７に電位Ｖ２を印加する。更に、ミラー部５７及びヒンジ５５の導電部５９である可動体電極８９に電位Ｖｍを印加する。電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍは、基板５１上に形成された半導体集積回路（例えばＣＭＯＳ回路７１）で供給、制御される。
【００４５】
ここで、Ｖｍに対するＶ１の電位差をＶ（１）、Ｖｍに対するＶ２の電位差をＶ（２）とする。Ｖ（１）＝Ｖ（２）＝０のときは、ミラー部５７に発生する外力はゼロであり、素子形成時の状態を維持し、ミラー部５７は、図４に示すように、基板５１に対し略水平となる。この状態はヒンジ５５の弾性力により安定である。
【００４６】
Ｖ（１）＝Ｖ（２）≠０のとき、ミラー部５７に発生する静電気力はヒンジ５５の捩れ中心７７を中心に対称となり、やはり素子形成時の状態を維持してミラー部５７は基板５１に対し略水平となる。
【００４７】
Ｖ（１）、Ｖ（２）の少なくとも一方がゼロでなく、それぞれ異なる場合、ミラー部５７に発生する静電気力はヒンジ５５の捩れ中心７７軸を中心に非対称となり、ミラー部５７は基板５１に対して傾く。
【００４８】
例えば、Ｖ（１）＞Ｖ（２）のときには、図５に示すように第１下部電極６３ａと第２上部電極６７ｂにより発生する静電気力Ｆが、第２下部電極６３ｂと第１上部電極６７ａにより発生する静電気力ｆより大きくなり、ミラー部５７は左側に傾く。逆に、Ｖ（１）＜Ｖ（２）のときは、図６のように第２下部電極６３ｂと第１上部電極６７ａにより発生する静電気力Ｆが、第１下部電極６３ａと第２上部電極６７ｂにより発生する静電気力ｆより大きくなり、ミラー部５７は右側に傾く。
【００４９】
この時、Ｖ（１）、Ｖ（２）が十分大きいと、Ｖ（１）とＶ（２）の差が小さくても、ミラー部５７をフラット状態から任意の方向に回転変位させることが容易に可能である。このことは、例えば制御する電位をＶ１とＶ２とした場合、その電位差が小さくて済むため、制御回路の電圧を低くすることができ、コストや集積性に優位となる利点を有する。
【００５０】
このように、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍに適宜電位を供給することにより、それぞれの電極に発生する静電気力と、ヒンジ５５の弾性力から、ミラー部５７を時計回り回転、反時計回り回転、フラットなど任意の位置に変位させることが可能となる。また、この時の駆動方法は、アナログ制御（任意の変位に制御）、デジタル制御（例えば２値の変位に制御）の何れであってもよい。
【００５１】
そして、上記の回転駆動にあっては、適当な回転ストッパを設け、ミラー部５７をストッパに接触するまで回転変位させることで、回転角を精度よく制御することができる。また、電圧と変位特性のリニア領域を用いて、ミラー部５７を接触させずに回転変位させることも可能である。この場合、接触部が無いので、貼り付きなどの課題が生じなくなり、信頼性を高くすることができる。なお、上記した電極配線、及び各電位制御によるミラー部５７の変位動作方法は一実施例であり、これに限定されるものではない。
【００５２】
次に、上記の反射型光変調素子１００の製造方法を説明する。
図７は図１に示した反射型光変調素子の製造工程例をＡ−Ａ、Ｃ−Ｃ断面別で（ａ）〜（ｆ）に表した説明図である。
図７（ａ）に示すように、駆動回路基板５１はＳｉ基板６９上にＣＭＯＳ回路７１（図３参照）を形成し、その上に第１のＳｉＯ2絶縁膜（図示せず）を形成する。その表面をＣＭＰ等で平担化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成し構成されている。
【００５３】
駆動回路基板５１上に、図示しない第１のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）をスパッタで成膜し、通常のフォトリソエッチングで所望の電極形状にパターニングして第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂを形成する。なお、この時、上記の絶縁層７５（図３参照）にはコンタクトホールが形成されていて、第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂとも配線回路７３を介してＣＭＯＳ回路７１の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能とされる。
【００５４】
図７（ｂ）に示すように、第１のポジ型のレジスト９１を塗布し、ヒンジ５５の支持部７９となる箇所９１ａをパターニングしてハードベークする。レジスト成膜時の表面張力により、下地膜の段差によらずレジスト表面は平坦となる。この第１レジスト層は犠牲層として機能し、後述の工程で除去される。従って、ハードベーク後のレジストの膜厚は将来の下部電極６３とヒンジ５５（及びミラー部５７）の空隙５３を決定する。なお、レジスト９１の代わりに感光性ポリイミドも使用可能である。
【００５５】
図７（ｃ）に示すように、ヒンジ５５及びその支持部７９となる第２のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）９３をスパッタにより成膜する。その後、ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によりＳｉＯ2を成膜する（図示せず）。このＳｉＯ2膜は第２アルミ薄膜９３のエッチングマスクとして機能する。次に、フォトリソエッチングにより所望のヒンジ５５及びその支持部７９の形状になるようにＳｉＯ2膜をパターニングする。
【００５６】
次に、ミラー部５７となる第３のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）９５をスパッタにより成膜する。その後、ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によりＳｉＯ2を成膜する（図示せず）。このＳｉＯ2膜は第３アルミ薄膜９５のエッチングマスクとして機能する。次に、フォトリソエッチングにより所望のミラー部形状になるようにＳｉＯ2膜をパターニングする。
【００５７】
最後に、上記ＳｉＯ2膜をエッチングマスクとして、第３アルミ薄膜９５及び第２アルミ薄膜９３を連続してエッチングし、最後にＳｉＯ2膜をプラズマエッチングにより除去する。なお、アルミ薄膜のエッチングは、アルミエッチャント（リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液）によるウエットエッチング、又は塩素系ガスによるプラズマエッチングによってなされる。また、上記第１のＳｉＯ2絶縁膜にはコンタクトホールが形成されていて、ヒンジ５５（ミラー部５７）は駆動回路の出力に接続されて電位が供給される。
【００５８】
図７（ｄ）に示すように、第２のポジ型のレジスト９７を塗布し、上部電極６７の支持部８３となる箇所をパターニングしてハードベークする。べーク時のリフロー効果により、下地膜の段差によらずレジスト表面は平坦となる。この第２レジスト層９７は犠牲層として機能し、後述の工程で除去される。従って、ハードベーク後の第２レジスト層９７の膜厚は将来のヒンジ５５（及びミラー部５７）と上部電極６７との空隙６５を決定する。なお、レジストの代わりに感光性ポリイミドも使用可能である。
【００５９】
図７（ｅ）に示すように、上部電極６７及びその支持部８３となる第４のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を合有したアルミ合金）９９をスパッタにより成膜する。その後、フォトリソエッチングにより所望の上部電極６７及びその支持部８３の形状になるように第４のアルミ薄膜９９をパターニングする。アルミのエッチングは、アルミエッチャント（リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液）によるウェットエッチング、又は塩素系ガスによるプラズマエッチンゲによってなされる。なお、このとき、第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂは、駆動基板５１上で第２下部電極６３ｂと第１下部電極６３ａにそれぞれ接続される。
【００６０】
図７（ｆ）に示すように、最後に、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層である第２のレジスト層９７と第１のレジスト層９１を除去して空隙５３、６５を形成する。これにより、第１下部電極６３ａと第２下部電極６３ｂの設けられた基板５１上に、空隙５３を介して可動部材６１が配置され、この可動部材６１の上方に更に空隙６５を介して第１上部電極６７ａと第２上部電極６７ｂが配置された反射型光変調素子１００が得られる。
【００６１】
なお、反射型光変調素子１００の製造方法は、上記以外に以下のプロセスバリエーションを有する。
即ち、ヒンジ５５とミラー部５７とは、単一のアルミ薄膜で構成してもよい。この場合、ヒンジ５５の厚みとミラー部５７の厚みが等しくなるが、工程を低減させることができる利点がある。
【００６２】
下部電極６３、上部電極６７、ヒンジ５５の構造材料は、アルミ以外の導電性を有する材料であってもよい。例えば結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉなど）、金属シリサイド、導電性有機材料などが好適に使用可能である。また、導電部５９は、その上に保護用の絶縁膜（例えばＳｉＯ2、ＳｉＮｘ）を積層してもよい。この場合、ＳｉＯ2、ＳｉＮｘ、ＢＳＧ、金属酸化膜、ポリマーなどの絶縁性の薄膜に金属などの導電性薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。
【００６３】
また、上記では、犠牲層としてレジスト材を用いたが、これに限らない。例えば、アルミ、Ｃｕ等の金属、ＳｉＯ2等の絶縁性材料なども犠牲層としで好適である。この場合、構造材には犠牲層を除去する際に腐食やダメージを受けない材料が適宜選択される。
【００６４】
また、犠牲層除去方法には、上記のドライエッチング（プラズマエッチング）の他に、構造材と犠牲層の組合せによってはウェットエッチングも使用可能である。なお、ウェットエッチングの場合は、エッチング後のリンス・乾燥工程で構造体が表面張力によりスティッキングを起こさないようにするため、超臨界乾燥法、又は凍結乾燥法による乾燥法が好ましい。
その他、本発明の主旨に沿うものであれば、構造・材料・プロセスは上記の例に限定されるものではない。
【００６５】
従って、上記の反射型光変調素子１００によれば、可動部材６１が、ミラー部５７と導電部５９とを備えた捩れ可能なヒンジ５５からなることで、可動部全体の質量が小さくなり、慣性モーメントを小さくして、高速可動が可能となる。そして、基板５１側に下部電極６３が配設され、可動部材６１を挟んで下部電極６３の反対側に上部電極６７が架設されることで、ヒンジ５５のバネ力によらず、上下からの静電気力によって能動的に（アクティブに）可動部材６１が揺動される。このことから、バネ力を利用して可動部材６１を復帰作動させる構造の場合に必要となるヒンジ５５のバネ力が不要となり、バネ力を強くした場合の駆動抵抗が低減されて、高速且つ低電圧での駆動が可能となる。
【００６６】
また、高架アドレス電極とヨークとが同一平面に配置される図２５に示した従来の空間光変調器に対し、導電部５９を有する可動部材６１と、下部電極６３及び上部電極６７とが異平面で配置されるので、対面電極の双方の面積が広く確保可能となり、大きな静電気力が可動部材に加えられるようになり、これによっても、高速且つ低電圧での駆動が可能となる。
【００６７】
更に、支持部材と偏向部材との連結部を屈曲させる図２６に示した従来の光偏向装置に対し、ヒンジ５５の歪みが小さくて済むので、耐久性が向上する。また、所謂コムドライブ構造を有する図２７に示した従来の素子に対し、構造が簡素となるので、小型化、高解像度化が容易となり、ドライブ構造の占有面積も小さくなり（即ち、ドライブ構造形成部位による光の遮蔽がなくなり）、光利用効率を向上させることができる。
【００６８】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る反射型光変調アレイ素子を説明する。
図８は梁体の堅牢性を向上させた第２の実施の形態による反射型光変調素子の平面図、図９は図８のＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆ、Ｇ−Ｇの各断面視を（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に表した断面図である。なお、以下の各実施の形態において、図１〜図７に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
この実施の形態による反射型光変調アレイ素子を構成する反射型光変調素子２００は、ヒンジ５５、及び上部電極６７の支持構造に剛性を付与し、堅牢性を向上させている。基本的には、基板５１に間隔を有して上部電極基板（上板）１０１が対面配置され、ヒンジ５５の支持部となる延在方向端部が、基板５１との間に介在する下スペーサ１０３と、上板１０１との間に介在する上スペーサ１０５とによって挟持される。
【００６９】
より具体的には、上部電極６７は、上板１０１に形成する。駆動回路基板５１には下部電極６３を形成し、その上に精度良く膜厚制御された下スペーサ１０３である第１絶縁膜（例えばＰＥ−ＣＶＤにより成膜されたＳｉＮｘ等）をヒンジ５５の支持部（スペーサ兼用）として形成する。なお、このとき、ヒンジ５５の導電部５９を駆動回路基板５１側で電気的に接続可能なように、図９（ｂ）（ｃ）に示すコンタクトホール１０７を形成し（ＲＩＥによる）、導電部材（例えばＷ、Ｃｕなどの金属）を埋め込む。また、犠牲層としてヒンジ５５／ミラー部５７の下部にレジストを設けるが、その高さ（厚み）は上記第１絶縁膜の高さと等しくするように制御される。
【００７０】
更に、その上部に上スペーサ１０５である第２の絶縁膜を支持部として形成する。このとき、上部電極６７を駆動回路基板５１側で電気的に接続可能なように図９（ｂ）に示すコンタクトホール１０９を形成し（ＲＩＥによる）、導電部材（例えばＷ、Ｃｕなどの金属）を埋め込む。最後に、駆動回路基板５１と上板１０１とを電極が対向するように貼り合わせる。
【００７１】
このように構成した反射型光変調素子２００によれば、可動部材６１を揺動自在に支持することとなるヒンジ５５の延在方向両端部が、下スペーサ１０３と上スペーサ１０５とに挟まれ、更にこの下スペーサ１０３と上スペーサ１０５とが基板５１と上板１０１とによって挟持された構造となり、可動部材６１の支持部となるヒンジ５５両端の剛性及び堅牢性を高めることができる。
【００７２】
また、上記した複数の反射型光変調素子１００或いは反射型光変調素子２００は、１次元状又は２次元状に配列することで、反射型光変調アレイ素子として構成することができる。
この反射型光変調アレイ素子は、同一構造の例えば反射型光変調素子１００（又は反射型光変調素子２００）が、同一のアレイ基板１１１上に１次元状又は２次元状に配列されることで、一つの反射型光変調デバイスとして機能するようになる。従って、反射型光変調素子１００が例えば表示デバイスや露光デバイスとしてアレイ化されれば、半導体工程により多数の反射型光変調素子１００が同質且つ高精度に配置されて、画素に対応するそれぞれの反射型光変調素子１００からの出力光が強度的、位相的、位置的に揃い易くなる。その結果、高解像度、高い走査精度が容易に得られるようになる。
【００７３】
また、複数の反射型光変調素子１００を配列した反射型光変調アレイ素子は、それぞれの反射型光変調素子１００の図４に示した可動体電極８９が共通に接続され、且つそれぞれの反射型光変調素子１００の第１駆動電極８５と第２駆動電極８７に印加される電圧によって反射型光変調素子１００が独立に駆動される。
【００７４】
このような配線構造を有する反射型光変調アレイ素子によれば、反射型光変調素子１００の三つの第１駆動電極８５、第２駆動電極８７及び可動体電極８９のうち、可動体電極８９が共通配線で接続されているので、他の二つの第１駆動電極８５及び第２駆動電極８７でそれぞれの反射型光変調素子１００が独立に駆動制御可能となる。従って、ｎ個の反射型光変調素子１００を有する反射型光変調アレイ素子では、本来の３×ｎ本の配線数に対して、２×ｎ＋１本の少ない配線数で配線パターンが形成可能となる。
そして、このような構成の反射型光変調素子によれば、数万画素以上の単位のアレイ化にも好適に適用可能であり、低電圧化と高速駆動が可能で、耐久性があり、小型化、高解像度化の実現が容易に可能で、光利用効率の高い構成にすることができる。
【００７５】
次に、本発明の第３の実施の形態による反射型光変調アレイ素子を説明する。
図１０はアレイ化及びマイクロレンズ一体化を図った第３の実施の形態による反射型光変調アレイ素子の断面図である。
本実施形態の反射型光変調アレイ素子３００は、入射側の自由空間にマイクロレンズアレイ１１３が一体に設けられている。マイクロレンズアレイ１１３は、少なくとも１次元方向に延びるレンズアレイであり、例えば、略矩形形状の輪郭を有する平凸状の微小レンズ（マイクロレンズ）１１５を、１次元方向に、又は２次元方向にマトリクス状に配置して構成される。
【００７６】
マイクロレンズアレイ１１３は透明体からなり、板面に垂直に入射する光を、マイクロレンズ１１５の屈折端面における光の屈折で集光する。マイクロレンズアレイ１１３は、この集光領域がミラー開口部１１７に一致するように、基板１１１に対して支持壁１１９を介して対向配置される。マイクロレンズアレイ１１３は、ガラスやプラスチックからなり、モールド法、プレス法、フォトリソ・ドライエッチングによるレジスト転写法等によって得ることができる。
【００７７】
このように、マイクロレンズアレイ１１３を備えた反射型光変調アレイ素子３００では、マイクロレンズ１１５にて集光された光が可動部材６１のミラー部５７に入射される。マイクロレンズ１１５を有しない素子では、ミラー部５７の光入射側に上部電極６７が配置されると、反射型光変調素子１００への光の入射開口面積が小さくなり、入射光が上部電極６７によって遮られ（若しくは強度が低下され）、光の利用効率が低下する。これに対し、マイクロレンズ１１５にて集光された光が入射されれば、小さなミラー開口部１１７であっても上部電極６７によって入射光が遮られることなくミラー部５７への入射が可能となる。これにより、光の利用効率が高まり、小さな開口面積においても、高効率で明るい偏向光が得られるようになる。
【００７８】
次に、本発明の第４の実施の形態による露光装置を説明する。
図１１は反射型光変調アレイ素子を用いた第４の実施の形態による露光装置の構成図、図１２は図１１に示した露光装置のブロック図、図１３は図１１に示した露光ヘッドの構成図、図１４は図１３に示した反射型光変調アレイ素子近傍の拡大図である。
上記した反射型光変調アレイ素子３００は、例えば露光装置４００に、好適に用いることができる。
この露光装置４００は、図１１に示すように、露光対象物１２１を外周面に吸着して保持するドラム１２３と、ドラム１２３の回転軸に沿って延在するガイド軸１２５に移動自在に支持される副走査ユニット１２７とを基本構成として備える。ドラム１２３は図示しない回転駆動モータによって図１１の反時計回りに回転される。副走査ユニット１２７は、図示しない水平駆動モータによって図１１の左右方向に移動される。ここで、露光対象物１２１は、ドラム１２３の回転によるＤ方向が主走査方向となり、副走査ユニット１２７の移動によるＬ方向が副走査方向となる。
【００７９】
副走査ユニット１２７は、図１２に示すように、光源・ＳＬＭユニット１２９と、結像レンズ系１３１を備える。ドラム１２３の回転位置は主走査位置検出器１３３によって検出され、副走査ユニット１２７の移動位置は副走査位置検出器１３５によって検出される。これら主走査位置検出器１３３及び副走査位置検出器１３５によって検出された位置信号は、信号発生器１３７に入力される。信号発生器１３７は、これらの位置信号に基づき、上位制御部から送られる画像信号に応じて変調信号、光源信号を光源・ＳＬＭユニット１２９へ出力する。結像レンズ系１３１は、光源・ＳＬＭユニット１２９から変調されて出射されたレーザ光を露光対象物１２１の表面に倍率を変えて結像させる組合ズームレンズ１３１ａ、１３１ｂで構成される。
【００８０】
光源・ＳＬＭユニット１２９は、上記の反射型光変調アレイ素子３００において、反射型光変調素子１００が副走査方向に複数配列されている。従って、この配列方向に直行する方向（主走査方向）で露光対象物１２１と副走査ユニット１２７とを相対移動させると、反射型光変調素子１００の配列数と同数の画素数で、１ライン分を露光対象物１２１の同方向に露光することができる。
【００８１】
露光対象物１２１の主走査方向への移動と共に、画像信号が１ライン分、変調信号、光源信号として反射型光変調アレイ素子３００へ送出され、それぞれの反射型光変調素子１００がオンオフ制御される。これにより副走査ユニット１２７から出射される露光光がオンオフされて、露光対象物１２１が、主走査方向に反射型光変調素子１００の数と同数の画素単位で露光され、１ライン分の走査露光が行われる。その後、副走査ユニット１２７が副走査方向に移動され、同様にして次の１ライン分が順次に露光されて行く。
【００８２】
ところで、光源・ＳＬＭユニット１２９は、図１３に示すように、光源からの光と、反射型光変調アレイ素子３００からの光を偏光合波する偏光素子である偏光ビームスプリッタ１４１を備える。光源から偏光ビームスプリッタ１４１に至る光路には、光源側から順に、第一のレンズアレイ板１４３、光源からの光を全てＰ偏光に変換する偏光変換素子１４５、及び偏光変換素子１４５によって偏光光とされた光を平行光束とする第二のレンズアレイ板１４７が配置されている。また、偏光ビームスプリッタ１４１の光源光入射面と直交する隣接面には上記マイクロレンズアレイ１１３を備えた反射型光変調アレイ素子３００が対向配置されている。
【００８３】
つまり、光源・ＳＬＭユニット１２９は、光源からの光が偏光ビームスプリッタ１４１とマイクロレンズアレイ１１３とを介して反射型光変調アレイ素子３００に入射され、反射型光変調アレイ素子３００によって反射された反射光が、再びマイクロレンズアレイ１１３を介して偏光ビームスプリッタ１４１へ入射されるとともに、偏光ビームスプリッタ１４１を透過して露光対象物１２１へ照射されるようになっている。そして、光源から入射した光は、偏光変換素子１４５によって、Ｐ偏光のみ又はＳ偏光のみの光束に変換されて、偏光ビームスプリッタ１４１へ出射されるようになっている。
【００８４】
即ち、第一のレンズアレイ板１４３は、それぞれ、少なくとも１次元方向に延びるレンズアレイであり、図１３に示すように、光源から射出された無偏光の光（ランダム偏光）から、その後側焦点面の近傍に線状または点状のアレイを生成するものである。第一のレンズアレイ板１４３は、例えば、略矩形形状の輪郭を有する平凸状の微小レンズを、１次元方向に、又は２次元方向にマトリクス状に配置して構成される。
【００８５】
光源からの光の光路中に配置される偏光変換素子１４５は、第一のレンズアレイ板１４３によって、その後側焦点面近傍に生成される線状または点状のアレイのピッチに略等しいピッチを有し、上記焦点面近傍に配置され、光源から射出された光を、全てＰ偏光に変換する。図１３中の丸枠内に偏光変換素子１４５の一部を拡大して、その構成を示す。偏光変換素子１４５は、Ｐ偏光とＳ偏光を分離する誘電体多層膜をコーティングした偏光分離面１４５ａ及び全反射面１４５ｂと半波長板１４５ｃを有して構成される。両方向きの矢印の記号及び白丸の中に点を打った記号は、それぞれの光の偏光方向を表したものである。即ち、両方向きの矢印記号は、図の左右方向の偏光（Ｐ偏光光）を表し、白丸の中に点を打った記号は、図の紙面に垂直な方向の偏光（Ｓ偏光光）を表している。なお、図中、ミラー部５７の左方に記載した黒丸のみ及び白丸のみは仮想点光源を表す。
【００８６】
第一のレンズアレイ板１４３を透過して偏光変換素子１４５に入射した光束１５１は、偏光分離面１４５ａで、それぞれ互いに直交する２つの直線偏光成分の光束に分離される。即ち、光束１５１のうち、Ｐ偏光１５３は偏光分離面１４５ａを通過し、Ｓ偏光１５５は偏光分離面１４５ａで反射される。偏光分離面１４５ａを透過したＰ偏光１５３は、半波長板１４５ｃを通過することにより、Ｓ偏光に変換されて偏光変換素子１４５から射出される。また、偏光分離面１４５ａで反射されたＳ偏光１５５は、反射面１４５ｂで反射された後、そのまま偏光変換素子１４５から射出される。従って、偏光変換素子１４５に入射される光束１５１は、全てＳ偏光に変換されて射出される。
【００８７】
光源からの光の光路中に配置される第二のレンズアレイ板１４７は、偏光変換素子１４５のピッチの約１／２のピッチを持ち、その前側焦点面が第一のレンズアレイ板１４３の後側焦点面に略一致するように配置される。これにより、第二のレンズアレイ板１４７からの射出光束が略平行光となり、この平行光束が偏光ビームスプリッタ１４１に入射される。
【００８８】
偏光ビームスプリッタ１４１は、光量ロスを抑制した合波を行う偏光素子であり、光源から射出され偏光変換素子１４５によりＳ偏光光に変換された光と、一旦偏光ビームスプリッタ１４１から出射され反射型光変調アレイ素子３００によって反射された光を合波するものである。偏光ビームスプリッタ１４１は、光源からのＳ偏光光を反射し、反射型光変調アレイ素子３００からの光を透過させる光学特性を有する偏光分離面１４１ａを有している。従って、図１４に示すように、光源側から照明光学系である偏光ビームスプリッタ１４１に入射されたＳ偏光光は、偏光分離面１４１ａで反射され、反射型光変調アレイ素子３００へ向けて出射され、反射型光変調アレイ素子３００によって反射された入射光は投影光学系である偏光ビームスプリッタ１４１を透過して射出される。
【００８９】
また、偏光ビームスプリッタ１４１の反射型光変調アレイ素子３００との対向面には１／４波長板１４１ｂが設けられている。従って、偏光分離面１４１ａで反射されたＳ偏光光は、１／４波長板１４１ｂを透過して反射型光変調アレイ素子３００で反射された後、再び１／４波長板１４１ｂを透過することで、偏光角が９０°変換され、Ｐ偏光光となって偏光ビームスプリッタ１４１から射出されることになる。
【００９０】
このようにして光変調されたＰ偏光光は、結像レンズ系１３１により、露光対象物１２１に照射される。従って、反射光を結像レンズ系１３１を介して露光対象物１２１に露光し、画像記録すれば、露光或いは画像記録が可能となる。なお、露光対象物１２１は、ドラム１２３に保持される記録媒体の他、スクリーンであってもよい。この場合、画像信号に応じて反射型光変調アレイ素子３００を駆動制御し、反射型光変調アレイ素子３００に反射される光を、投影レンズを介してスクリーンに投影すれば、本発明の光変調アレイ素子を用いたプロジェクターが得られる。
【００９１】
この露光装置４００によれば、光源から偏光ビームスプリッタ１４１へ出射される光が、偏光変換素子１４５によってＰ偏光のみ又はＳ偏光のみの光束に変換され、戻り光成分を生じさせることなく偏光ビームスプリッタ１４１を透過する。即ち、偏光変換素子１４５によって反射光の偏光が揃うことで、反射光が無偏光光である場合に生じる偏光ビームスプリッタ１４１のミラー面（偏光分離面１４１ａ）から光源側に向かう戻り光成分の発生が防止される。これにより、光源（レーザダイオード）から出射された光の一部を、偏光ビームスプリッタ１４１を介してフォトダイオードにて検知する補償回路（図示せず）が備えられている露光装置４００においては、補償回路が上記戻り光を検出しなくなる。この結果、フォトダイオードが上記戻り光を余分な光量として受光してしまうことで生じる、補償回路によるレーザダイオードの出力制御異常を防止することができる。
【００９２】
次に、上記第４の実施の形態による露光装置４００の種々の変形例を説明する。なお、以下の各変形例において、図１〜図１４に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
［変形例１］
図１５は図１４のマイクロレンズアレイにプリズムを設けた変形例１の要部拡大図である。
この変形例では、光源・ＳＬＭユニット１２９に設けられた反射型光変調アレイ素子３００のマイクロレンズアレイ１１３に、プリズム１６１が、それぞれのマイクロレンズ１１５に対応して配列されている。プリズム１６１は、マイクロレンズ１１５を透過した光を所定の屈折角度でミラー部５７へ出射させる。この屈折角度でミラー部５７へ入射した光は、ミラー部５７がｏｆｆ傾斜位置であるとき当該入射方向と異なる方向に反射され、ミラー部５７がｏｎ傾斜位置であるとき当該入射方向と同一方向に反射される。
【００９３】
従って、この変形例によれば、プリズム１６１を設けることにより、ミラー部５７とマイクロレンズ１１５とを対向配置させた状態において、ミラー部５７を水平位置に保持しなくても入射光の反射が可能となり、ミラー部５７のｏｆｆ傾斜位置又はｏｎ傾斜位置の安定的な両端傾斜位置で反射光の取り出しが可能となる。
【００９４】
［変形例２］
図１６はマイクロレンズアレイへの入射光を傾斜させた変形例２の要部拡大である。
この変形例では、偏光ビームスプリッタ１６３が、光源からの入射光を直角以外の角度で反射させる偏光分離面１６３ａを有している。この偏光分離面１６３ａの角度αは、マイクロレンズ１１５及び反射型光変調素子１００の位置に応じて任意に設定される。
【００９５】
従って、この変形例によれば、偏光分離面１６３ａの角度αが４５度以上に設定されれば、偏光分離面１６３ａでの反射角が鈍角となり、偏光ビームスプリッタ１６３の厚みＴの薄厚化が可能となる。また、隣接する二つのマイクロレンズ１１５、１１５に、入射光路と反射光路とが形成されるように、偏光分離面１６３ａの角度αが設定されることで、上記の変形例１と同様に、ミラー部５７のｏｆｆ傾斜位置又はｏｎ傾斜位置の安定的な両端傾斜位置で反射光の取り出しが可能となる。
【００９６】
［変形例３］
図１７はビームスプリッタの光出射側にマイクロレンズアレイを設けた変形例３の構成図である。
この変形例では、偏光ビームスプリッタ１４１の露光光出射側の面に、第三のレンズアレイ板１６５が配設されている。第三のレンズアレイ板１６５は、それぞれのミラー部５７に反射され、偏光ビームスプリッタ１４１を透過した光束を集束する。
従って、この変形例によれば、変調光を露光対象物１２１に直接露光可能となり、密着露光に近い光学系が構成可能となる。
【００９７】
［変形例４］
図１８は偏光変換素子が一対のビームスプリッタ及び一対の半波長板からなる変形例４の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子１６７が、一対の偏光ビームスプリッタ１６９、１６９と、半波長板１７１を備えた一対のプリズム１７３、１７３とから構成される。光源１７５からのランダム偏光光がリフレクタ（凹面鏡）１７７によって略平行な光線束として偏光ビームスプリッタ１６９、１６９に入射すると、偏光ビームスプリッタ１６９、１６９によりＳ偏光光は透過し、Ｐ偏光光は光路を平行にずらされてかつ半波長板１７１により位相変換を受けてＳ偏光光に変換され、全体として偏光面の揃った出射光１７９が得られる。
【００９８】
［変形例５］
図１９は偏光変換素子が一つのビームスプリッタ及び一つの半波長板からなる変形例５の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子１８１が、偏光ビームスプリッタ１６９と、半波長板１７１を備えたプリズム１７３とから構成され、光源１７５及びリフレクタ１７７と、偏光ビームスプリッタ１６９との間に凸レンズ１８３が設けられ、偏光ビームスプリッタ１６９及び半波長板１７１の光出射側にもそれぞれ凸レンズ１８５、１８５が設けられている。
【００９９】
光源１７５からのランダム偏光光は、リフレクタ１７７によって略平行な光束となり、凸レンズ１８３によって集束されて偏光ビームスプリッタ１６９に入射する。入射したランダム偏光は、偏光ビームスプリッタ１６９によりＳ偏光光が透過し、Ｐ偏光光が光路を平行にずらされてかつ半波長板１７１により位相変換を受けてＳ偏光光に変換される。そして、偏光ビームスプリッタ１６９及び半波長板１７１から偏光面の揃った出射光１７９となる。この出射光１７９は、集束した後拡散し、凸レンズ１８５に入射して平行光となる。
従って、この変形例によれば、集束光を偏光変換素子１８１へ透過でき、偏光変換素子１８１の小型化が可能となる。
【０１００】
［変形例６］
図２０は偏光変換素子が偏光変換プリズムを用いてなる変形例６の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子１８７が、偏光変換プリズム１８９と、複数の半波長板１９１を備えた位相板１９３とからなる。また、図示しない光源と偏光変換プリズム１８９との間にはレンズアレイ板１９５が設けられている。偏光変換プリズム１８９は、平行な二つの偏光分離面１８９ａと、１８９ｂとを有している。偏光変換プリズム１８９に入射したランダム偏光は、Ｓ偏光光が偏光分離面１８９ａに反射されて出射され、Ｐ偏光光が偏光分離面１８９ｂに反射されて出射される。従って、偏光分離面１８９ａと、１８９ｂが入射方向に所定角度で傾斜しているため、交互に分離されて偏光変換プリズム１８９から出射される。
半波長板１９１は、位相板１９３の偏光変換プリズム対向面に、この分離ピッチの二倍のピッチで配設されている。つまり、例えばＰ偏光光のみに対応して配置されている。
【０１０１】
従って、この変形例によれば、ランダム偏光が偏光変換プリズム１８９に入射されると、入射光が偏光分離面１８９ａ、１８９ｂによって偏光方向の異なる２つの直線偏光に分離され、一方のＰ偏光光が半波長板１９１によって他方の偏光方向に揃えられて、自然光の照明光が特定の直線偏光（図示の場合、Ｓ偏光光）へと変換される。
【０１０２】
［変形例７］
図２１は偏光変換素子が複屈折性結晶からなる変形例７の構成図、図２２は図２１に示した偏光変換素子による直線偏光の生成の説明図である。
この変形例では、偏光変換素子１９７が、集光レンズを一定の周期で配列したレンズアレイ１９９と、レンズアレイ１９９の周期性の方向に常光（例えばＳ偏光光）と異常光（例えばＰ偏光光）の分離を生じるよう配置された複屈折性結晶２０１と、レンズアレイ１９９と同じ周期性で配列され、複屈折性結晶２０１で分離されたＳ偏光光とＰ偏光光の偏光方向を同じ向きに揃えるようにする半波長板２０３とからなる。
【０１０３】
ここで、複屈折性結晶２０１としては、方解石等が用いられる。方解石等は内部を伝搬する光が、Ｓ偏光光とＰ偏光光に分かれる。このＳ偏光光とＰ偏光光は、共に直線偏光の光であり、偏光方向は互いに直交している。このように、複屈折性結晶２０１で分離された光の一方（Ｐ偏光光）を、図２２に示すように、半波長板２０３によって偏光の方向を９０度回転させることにより、二つの光線の偏光方向を揃えることができる。従って、複屈折性結晶２０１と半波長板２０３を用いることによって、ランダム偏光から直線偏光の光２０４を生成できる。
【０１０４】
ところで、複屈折性結晶２０１に入射する光が線状の場合には、図２２に示すように容易に直線偏光の光に変換することができるが、光が束状で入射する場合には、複屈折性結晶２０１を透過した後もＳ偏光光とＰ偏光光は、互いに重なり合っているため、一方の光だけを選択的に半波長板２０３に入射させることはできない。
【０１０５】
そこで、複屈折性結晶２０１の入射面にレンズアレイ１９９を配置した偏光変換素子１９７とする。複屈折性結晶２０１の入射面にレンズアレイ１９９を配置した場合、Ｓ偏光光とＰ偏光光で異なる位置に焦点を作ることができる。これによって、Ｓ偏光光とＰ偏光光の一方の光だけを選択的に半波長板２０３に入射させることができ、従って、ランダム偏光の入射光束を直線偏光の光に変換することができる。
【０１０６】
レンズアレイ１９９は、一定の周期で配列されており、その１周期の長さは、複屈折性結晶２０１を透過した後のＳ偏光光とＰ偏光光の分離の幅の約２倍が好ましい。更に、レンズアレイ１９９の焦点距離は、集光される光が複屈折性結晶２０１を透過した後に配置されている半波長板２０３の近傍に焦点を結ぶ程度であることが好ましい。
【０１０７】
これらの条件を満たすことによって、複屈折性結晶２０１を透過した後のＳ偏光光とＰ偏光光の位置を最も明瞭に分離することができる。つまり、Ｓ偏光光とＰ偏光光の一方の光だけを選択的に半波長板２０３に入射させることが容易となる。これによって、ランダム偏光の光から直線偏光の光２０４への変換の効率を高くすることができる。
【０１０８】
［変形例８］
図２３は偏光変換素子が第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイを一体に設けてなる変形例８の構成図である。
この変形例では、光源からの光を偏光光に変換して上記偏光ビームスプリッタ１４１（偏光ビームスプリッタ１６３又１６９であってもよい。）に入射させる光学系が、第一のレンズアレイ板１４３、偏光変換素子１４５及び第二のレンズアレイ板１４７を例えば接着等により一体化して構成されている。
【０１０９】
これは、レンズアレイ板への入射光束の角度変化、或いは、温度や経時等に起因する第一、第二レンズアレイ板１４３、１４７及び偏光変換素子１４５の相対位置変化等の変化により合波効率が変化するからである。例えば、第一レンズアレイ板１４３と偏光変換素子１４５の位相がずれると、Ｐ偏光がＳ偏光となってしまい、当初予定していたような合波ができない場合がある。また、第一レンズアレイ板１４３及び第二レンズアレイ板１４７の位相がずれると、第二レンズアレイ板１４３からの射出光束の射出方向がずれてしまい、やはりうまく合波ができない場合がある。そこで、この変形例では、偏光変換素子１４５等を一体型の構成とすることにより、合波効率の変化を抑制し、光量や光量分布について安定した照明光を得ることができるようにしている。
【０１１０】
［変形例９］
図２４は偏光変換素子が４個の直角プリズム及び２個の合成用プリズムからなる変形例９の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子２０５が、４個の直角プリズム２０７ａ、２７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄ及び２個の合成用プリズム２０９ａ、２０９ｂから成っている。反射面にはミラーの代わりに直角プリズムを用いている。
【０１１１】
光源１７５からの自然光はリフレクタ１７７によって平行光となり、偏光ビームスプリッタ２１１で偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光光（Ｓ偏光光、Ｐ偏光光）に分離される。偏光ビームスプリッタ２１１を透過したＰ偏光光は、直角プリズムの斜面で全反射を２回行う過程で偏光方向が９０°回転する。一方、偏光ビームスプリッタ２１１の偏光分離面で反射したＳ偏光光は、直角プリズム２０７ｃ、２０７ｄに順次入射し、直角プリズムの斜面で２回全反射するが、反射面の配置が互いに並行であるため、偏光方向は変化しない。この結果、偏光ビームスプリッタ２１１で分けられた２つの直線偏光光はどちらも同じ偏光方向をもち、かつ進行方向が等しくなる。最後に、合成用プリズム２０９ａ、２０９ｂを用い、２つの直線偏光光が上記反射型光変調アレイ素子３００上で重なるように合成される。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明に係る反射型光変調アレイ素子を構成する反射型光変調素子の第１の実施の形態の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に表した断面図である。
【図３】図１に示した基板の断面図である。
【図４】図１に示した反射型光変調素子の電極配線図である。
【図５】図１に示した反射型光変調素子の左側傾斜状況を表した動作説明図である。
【図６】図１に示した反射型光変調素子の右側傾斜状況を表した動作説明図である。
【図７】図１に示した反射型光変調素子の製造工程例をＡ−Ａ、Ｃ−Ｃ断面別で（ａ）〜（ｆ）に表した説明図である。
【図８】梁体の堅牢性を向上させた第２の実施の形態による反射型光変調素子の平面図である。
【図９】図８のＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆ、Ｇ−Ｇの各断面視を（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に表した断面図である。
【図１０】アレイ化及びマイクロレンズ一体化を図った第３の実施の形態による反射型光変調アレイ素子の断面図である。
【図１１】反射型光変調アレイ素子を用いた第４の実施の形態による露光装置の構成図である。
【図１２】図１１に示した露光装置のブロック図である。
【図１３】図１１に示した露光ヘッドの構成図である。
【図１４】図１３に示した反射型光変調アレイ素子近傍の拡大図である。
【図１５】図１４のマイクロレンズアレイにプリズムを設けた変形例１の要部拡大図である。
【図１６】マイクロレンズアレイへの入射光を傾斜させた変形例２の要部拡大である。
【図１７】ビームスプリッタの光出射側にマイクロレンズアレイを設けた変形例３の構成図である。
【図１８】偏光変換素子が一対のビームスプリッタ及び一対の半波長板からなる変形例４の構成図である。
【図１９】偏光変換素子が一つのビームスプリッタ及び一つの半波長板からなる変形例５の構成図である。
【図２０】偏光変換素子が偏光変換プリズムを用いてなる変形例６の構成図である。
【図２１】偏光変換素子が複屈折性結晶からなる変形例７の構成図である。
【図２２】図２１に示した偏光変換素子による直線偏光の生成の説明図である。
【図２３】偏光変換素子が第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイを一体に設けてなる変形例８の構成図である。
【図２４】偏光変換素子が４個の直角プリズム及び２個の合成用プリズムからなる変形例９の構成図である。
【図２５】ヨーク上にミラーを二段構造で設けた従来の空間光変調器の断面図である。
【図２６】可撓性平板を屈曲させて偏向板を変位させる従来の光偏向装置の断面図である。
【図２７】コムドライブを備えた従来の反射型光偏向素子の斜視図である。
【符号の説明】
【０１１３】
５１  基板
５３、６５  空隙
５５  ヒンジ（梁体）
５７  ミラー部（光反射体）
５９  導電部
６１  可動部材
６３  下部電極
６３ａ  第１下部電極
６３ｂ  第２下部電極
６７  上部電極
６７ａ  第１上部電極
６７ｂ  第２上部電極
７９、８３  支持部
８５  第１駆動電極
８７  第２駆動電極
８９  可動体電極
１００、２００  反射型光変調素子
１０１  上板
１０３  下スペーサ
１０５  上スペーサ
１１３  マイクロレンズアレイ
１１５  マイクロレンズ
１２１  露光対象物
１４１  ビームスプリッタ
１４５、１６７、１８１、１８７、１９７、２０５  偏光変換素子
１７５  光源
３００  反射型光変調アレイ素子
４００  露光装置
【図１】
2005121906.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005121906.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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